虚拟技术在动态特性时域测试仪中的应用

　　1 引言

　　虚拟仪器的概念由美国NI 公司于1986年提出，它主要应用于各种测控领域，如设计性能验证、制造业中的功能测试以及数据采集和控制。虚拟仪器是指通过应用程序将通用计算机与功能化的通用模块硬件结合起来，用户可以通过友好的图形界面来操作这台计算机，就象操作原传统仪器一样，虚拟仪器用软件取代了传统仪器中的大部分硬件，所以美 国NI 公司提出了“软件即仪器”的口号。虚拟仪器概念的提出是仪器发展史上的一场革命，代表着仪器发展的最新方向。

　　系统的动态特性是分析系统和设计系统的重要技术指标，系统的时域测试实验是控制工程课程的一个重要实验，系统的时域测试通常是指在系统上人为的 输入一单位阶跃信号，测定系统的输出响应信号，然后分析系统输出信号曲线的一些参数，包括系统输出信号曲线偏离输入的阶跃曲线的最大值，我们称之为超调量(用δ表示)，阶跃响应到达稳态值的50%所需的时间(称之为延迟时间td),从零到第一次到达稳态值所需的时间(称之为上升时间tr),响应曲线到达第 一个峰值所需的时间(称之为峰值时间tp)，响应曲线衰减到稳态值的95%所需的时间(称之为调节时间ts)。二阶系统动态特性测试仪主要获取二阶系统对 单位阶跃响应的输出响应曲线，从中提取以上5个参数，对其进行分析。基于虚拟技术的二阶系统动态特性测试仪主要由以计算机为核心的硬件平台和数据采集及数 据处理与分析等软件组成。

　　2 硬件平台的构建

　　系统硬件主要由计算机、ACLD-9118端子板、PCI9114数据采集卡和单位阶跃信号发生器组成。如图1所示。单位阶跃信号加在被测系统 上，系统对该信号的输出响应通过ACLD-9118和PCI9114送入计算机中，由软件系统对其进行分析处理和输出。

　　计算机在系统中主要完成以下一些工作，用LabVIEW语言编制仪器输入输出和控制的虚拟面板，完成测试的输入输出和控制工作;与接线端子板 ACLD-9118和数据采集卡PCI9114相互配合完成数据采集工作，以获得系统对单位阶跃响应的输出响应曲线;分析系统的响应曲线以提取所需的5个动态参数;

　　PCI9114是一个基于32位PCI总线结构的数据采集卡，它有32个单端模拟输入或16个差动模拟输入通道，16位高分辨率A/D(模拟 /数字)转换，有1、10、100、1000四种放大倍数。单通道采集速率可达到100KHZ，有两种AD(模拟数字)触发模式，分别为软件触发和定时器 触发，板上有1K字的FIFO(先入先出)存储，可自动扫描通道，16位隔离数字输入通道，16位隔离具有高驱动能力的数字输出通道。是测量、过程控制中理想的数据采集卡，动态特性测试仪使用其中的通道2，其它通道由另外一些测量仪器占用，该产品提供相应的驱动程序和与LabVIEW语言连接的软件包，它 们与计算机一起组成虚拟测控平台，所以基于虚拟技术的二阶系统动态特性测试仪的研制工作大部分在算法的设计及编程实现上，充分体现了虚拟仪器的“软件即仪 器”的宗旨。